Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Методы создания топографических карт и планов постоянно совершенствуются. Меняются как технологии полевых работ, так и камеральная обработка полевых материалов. Так, например, наряду с применением электронных тахеометров все большее распространение получает съемка с использованием спутниковых приемников в режиме реального времени (RTK). В камеральных работах соответственно появляются новые программные комплексы, позволяющие автоматизировать обработку полевых данных, полученных с различных видов геодезических приборов.

Измерения и аэрофотосъемка местности, осуществляемые беспилотными летательными аппаратами, на сегодняшний день являются актуальным и рентабельным решением большинства вопросов в области геодезии и топографии.

Присутствие сигналов ГНСС является в настоящее время необходимым условием выполнения беспилотными летательными аппаратами поставленных задач.

В процессе выполнения полета управление БПЛА осуществляется автоматически посредством бортового комплекса навигации и управления, в состав которого входит приемник спутниковой навигации, обеспечивающий прием навигационной информации от систем ГЛОНАСС и GPS.

Авиационные беспилотные комплексы в настоящее время получили большое распространение. Беспилотные летательные аппараты помогут решить целый спектр научных и прикладных задач, связанных с геологией, экологией, метеорологией, зоологией, сельским хозяйством, с изучением климата, поиском полезных ископаемых и т.д.

В данной работе будет рассмотрена навигация БПЛА при аэрофотосъемке с использованием ГНСС - приемников, а также последующая обработка ГНСС - результатов в ПО JUSTIN.

Актуальность темы обусловлена необходимостью изучения навигации БПЛА.

Цель работы: выполнить обработку ГНСС - измерений с БПЛА и провести анализ результатов с оценкой точности.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

- рассмотреть требования к навигации БПЛА;

- изучить ПО JASTIN (JAVAD);

- получить координаты полевой базовой станции;

- привязать опознаки к базовой станции;

- выполнить обработку ГНСС - измерений на БПЛА, сделать анализ точности полученных результатов;

Исходные данные для выполнения работы:

- Результаты ГНСС-измерений, полученные во время съемки с БПЛА;

-Файлы измерений базовых станций и опознаков;

- ПО обработки ГНСС-измерений - ПО JASTIN;

1. Обзор современного состояния топографической аэросъемки с использованием БПЛА

беспилотный летательный геодезический спутниковый

Крупномасштабная топографическая съемка является самым массовым и востребованным видом работ в составе инженерно-геодезических изысканий, обновлении топографических карт и планов, составлении генеральных планов и рабочих чертежей, планировании и проектировании ландшафтного дизайна и решении вопросов вертикальной планировки. Несмотря на быстрое развитие методов дистанционного зондирования с космических аппаратов, аэрофотосъемка остается одним из основных способов создания и обновления крупномасштабных карт и планов. Наряду с традиционными методами аэрофотосъемки все более востребованной становится съемка с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Получаемые в результате беспилотной аэрофотосъемки цифровые ортофотопланы с наполнением векторными данными и привязкой к внешним базам данных используются как конечный продукт в геоинформационных системах (ГИС), так и как плановая основа для создания цифровых топографических планов и карт. В последнем случае к геометрической точности отображения элементов местности на ортофотоснимках предъявляются достаточно высокие требования, определяемые действующими нормативными документами [1,2].

1.1 Определение БПЛА, разновидности и основные характеристики

БПЛА используются как в гражданских, так и в военных целях: для оперативного проведения аэрофотосъемки, радиовещания, поисково-спасательных работ, разведки и наблюдения, поддержания правопорядка и т.д. БПЛА отличаются большим разнообразием, их конструкция и размеры зависят от задач, для которых они предназначаются. Самолеты и вертолеты наиболее известны, но есть также дирижабли, нановертолеты (свободно помещаются на ладони) и даже аэропланы, работающие на солнечных батареях. Типы беспилотных летательных аппаратов приведены в таблице 1, из которой следует, что беспилотный летательный аппарат (БПЛА или БЛА) - это летательный аппарат без экипажа на борту, использующий аэродинамический принцип создания подъемной силы с помощью фиксированного или вращающегося крыла (БПЛА самолетного и вертолетного типа), оснащенный двигателем и имеющий полезную нагрузку и продолжительность полета, достаточные для выполнения специальных задач [8].

Таблица 1 - Типы беспилотных летательных аппаратов

Вид аппарата	Безмоторные	Моторные
Аэростатические	Аэростаты	Дирижабли
Аэродинамические	Гибкое крыло	Воздушные змеи и аналоги безмоторных аппаратов сверхлегкой авиации (парапланы, дельтапланы и др.)	Аналоги моторных аппаратов сверхлегкой авиации (парапланы, дельтапланы и др.)
	Фиксированное крыло	планеры	БПЛА самолетного типа
	Вращающееся крыло		БПЛА вертолетного типа
Реактивные		Космические реактивные аппараты

Для выполнения аэрофотосъемки одного БПЛА недостаточно. Необходим аэрофотосъемочный комплекс (АФК), который представляет собой совокупность БПЛА, его приборного оснащения, полезной нагрузки и наземной станции управления (НСУ).

1.2 Бортовое оборудование БПЛА

В приборное оснащение БПЛА входят:

- интегрированная навигационная система;

- приемник спутниковой навигационной системы;

- накопитель полетной информации;

- автопилот.

К полезной нагрузке для задач аэрофотосъемки относится цифровая фотокамера, как дополнение могут использоваться видеокамера, тепловизор, ИК-камера.

Аэрофотосъемка с БПЛА при установке соответствующего съемочного оборудования позволяет получить цифровые снимки сверхвысокого пространственного разрешения до 2 см.

Функции наземного пункта управления:

- слежение за полетом;

- прием данных;

- передача команд управления.

БПЛА различают по способу управления:

- ручное управление оператором (или дистанционное пилотирование) с дистанционного пульта управления в пределах оптической наблюдаемости или по видовой информации, поступающей с видеокамеры переднего обзора;

-автоматическое управление обеспечивает возможность автономного полета БПЛА по заданной оператором траектории, на заданной высоте с заданной скоростью и со стабилизацией углов ориентации;

- полуавтоматическое управление (или дистанционное управление) - полет осуществляется автоматически без вмешательства человека с помощью автопилота по первоначально заданным параметрам, но при этом оператор может вносить изменения в маршрут в интерактивном режиме [9].

2. Аэрофотосъемочные комплексы Геоскан

2.1 Беспилотный аэрофотосъемочный комплекс GeoScan 101

Технологии использования БПЛА Геоскан позволяют получать высококачественные пространственные данные с разрешением в несколько сантиметров на пиксель и точностью привязки до 5 см без планово-высотного обоснования.

Комплекс GeoScan 101 Геодезия, представленный на рисунке 1, предназначен для ведения аэрофотосъёмки в автоматическом режиме по предварительно заданной программе. Технические характеристики GeoScan101 приведены в таблице 2.

Рисунок 1 - БПЛА GeoScan 101 Геодезия

Таблица 2 - Характеристики GeoScan101 Геодезия

Основные характеристики БПЛА GeoScan 101 Геодезия
Продолжительность полета, ч	до 1 часа
Максимальная протяженность маршрута, км	70 км
Скорость полета, км/ч	64-130 км/ч
Максимальная взлетная масса, кг	3.1 кг
Максимальная масса полезной нагрузки, кг	до 0.8 кг
Максимальная высота полета, м	4000 м

Основными частями беспилотного аэрофотосъемочного комплекса являются: корпус, двигатель, бортовая система управления (автопилот), наземная система управления (НСУ) GeoscanPlanner 2.1 и аэрофотосъемочное оборудование.

Автопилот должен регистрировать координаты центров фотографирования геодезического спутникового приемника ГЛОНАСС/GPS, чтобы программа автоматической обработки снимков смогла построить модель быстро и привязать ее к местности. Требуемая точность определения координат центров фотографирования зависит от технического задания к выполнению аэрофотосъемочных работ [10].

Применение двухчастотной ГЛОНАСС/GPS спутниковой геодезической системы для определения координат центров снимков позволяет в процессе постобработки получить координаты центров фотографирования с точностью лучше 5 сантиметров. При этом следует учитывать взаимное расположение матрицы фотоаппарата и антенны геодезического приемника, как показано на рисунке 2 [3].

Рисунок 2 - Взаимное расположение матрицы фотоаппарата и антенны геодезического приемника

2.2 Geoscan 201 Геодезия

Комплекс, созданный для съемки и моделирования обширных территорий и протяженных объектов. Законченное решение для аэрофотосъемки, включающее полнокадровый фотоаппарат с центральным затвором Sony RX1, геодезический ГНСС приемник Topcon и гарантию на 1 год/80 полетов БПЛА.

АФК GeoScan 201 (рисунок 4) за счет увеличенной продолжительности полета особенно эффективен при аэрофотосъемке площадных объектов значительной площади и мониторинге протяженных линейных объектов. За один полет аппарат способен отснять 7-22 кв. км местности с разрешением, достаточным для получения карты масштаба не менее 1:2000 [7].

Рисунок 3 - БПЛА GeoScan 201 Геодезия

Использование бортового GNSS-приемника геодезического класса позволяет получать координаты центров фотографирования с высокой точностью, что в ряде случаев способно значительно уменьшить затраты на выполнение планово-высотной подготовки. Основные характеристики Geoscan 201 приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Основные характеристики Geoscan 201 Геодезия

Основные характеристики БПЛА GeoScan 201 Геодезия
Продолжительность полета, ч	до 3 часов
Максимальная протяженность маршрута, км	210 км
Скорость полета, м/с	8-40 м/c
Максимальная взлетная масса, кг	8,5
Максимальная масса полезной нагрузки, кг	1.5 кг
Максимальная высота полета, м	4000

2.3 GeoScan 401 Геодезия

Система с вертикальным взлетом и посадкой. Обладает высокой маневренностью, способностью вести съемку на самых малых высотах и зависать в заданной точке. Законченное решение для аэрофотосъемки, включает фотокамеру Sony RX1, геодезический ГНСС приемник Topcon. Визуальное представление БПЛА GeoScan 401 Гео на рисунке 5. Основные характеристики GeoScan 401 приведены в таблице 4.

Рисунок 5 - Беспилотный аэрофотосъемочный комплекс GeoScan 401

Таблица 4 - Основные характеристики GeoScan 401

Основные характеристики БПЛА GeoScan 401 Геодезия
Продолжительность полета, ч	до 1 часа
Максимальная протяженность маршрута, км	24 км
Скорость полета, км/ч	0-50км/ч
Максимальная взлетная масса, кг	9.3 кг
Максимальная масса полезной нагрузки, кг	2.5 кг
Максимальная высота полета, м	500 м

Комплект поставки:

- БПЛА с фотокамерой Sony NEX 5 (опционально - Sony NEX-7 или Sony RX-1) и навигационным GPS-модулем;

- ноутбук с установленным ПО GeoScanPlanner, AgisoftPhotoScanPro и ГИС Спутник;

- модем для связи с БПЛА.

Возможности:

- автоматическое построение полетного задания на облет объектов сложной формы;

- автоматический полет и съемка объекта;

-запись координат центров фотографирования.

Беспилотный комплекс GeoScan 401 особенно эффективен для получения высоко детальных фотоснимков относительно небольших объектов - котлованов, карьеров, башенных сооружений, объектов культурного наследия [7].

3. Технологии применения БПЛА GeoScan для создания ЦММ для масштабов 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000

3.1 Полевые работы, создание планово-высотного обоснования съемки

Состав работ и методов по планово-высотной подготовке АФС определяется проектом производства работ, зависит от плотности пунктов государственных геодезических сетей в районе проведения работ и их доступности, масштаба, способа геодезической привязки создаваемой модели. По результатам рекогносцировки и обследования исходных пунктов планово-высотного обоснования в ППР по созданию ПВО могут вноситься коррективы.

Технология предусматривает два способа геодезической привязки модели:

По точкам ПВО (маркерам) с известными координатами X, Y, Zв заданной СК создаваемой геодезической продукции;

По координатам центров фотографирования, определенных с помощью интегрированного бортового GNSS-приемника.

Геодезическая привязка модели по точкам ПВО.

Требования к плотности точек и точности определения координат точек ПВО.

Требования к точности определения координат точек ПВО зависят от масштаба создаваемого плана и сечения рельефа горизонталями и регламентируется п.п. 1.7, 1.8, 2.2.6. ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Точки съемочной геодезической сети, используемые для фотограмметрического сгущения, должны иметь среднюю погрешность в плане, не превышающую 0,1 мм в масштабе составляемой карты (плана) и 0,1 принятой высоты сечения рельефа - по высоте (относительно ближайших пунктов государственной геодезической сети и геодезических сетей сгущения). Требования к планово-высотному обоснованию: при площадной съемке указаны в таблице 5, при линейной съемке - в таблице 6.

Таблица 5 - Требования к ПВО при площадной съемке

Масштаб/сечение рельефа	5000/2	2000/1	1000/0.5	500/0.5	500+/0.5
Количество точек на 1 кв.м.	0.5	1	3	5	7
Требования к точности определения координат точек ПВО в плане	20 см	10 см	5 см	5 см	3 см

Таблица 6 - Требования к ПВО при линейной съемке

Требования/масштаб	1:5000	1:2000	1:1000
Количество точек на 1 погонный км.	01	2	5
Требования к точности определения координат точек ПВО	20 см	10 см	5 см

Геодезическая привязка модели по центрам фотографирования.

Данный способ позволяет выполнить геодезическую привязку модели без точек ПВО, используя только координаты центров фотографирования, определенные после совместного уравнивания данных с бортового GNSS-приемника и базовой станции. Этот способ позволяет значительно сократить время полевых работ и уменьшить затраты на их производство.

В зависимости от типа GNSS-приемника максимальное удаление БПЛА от базовой станции во время АФС в зависимости от масштаба не должно превышать следующих величин:

Таблица 7 -Требования к точности GNSS-приемника

Тип приемника/масштаб	1:5000	1:2000	1:1000	1:500
GNSS L1	10 км	7 км	5 км	3 км
GNSS L1+L2	20 км	15 км	10 км	5 км

Для повышения точности определения координат центра фотографирования во время АФС возможно использование двух и более базовых станций. В этом случае СКО повышается в , где n - количество базовых станций.

Для контроля точности геодезической привязки модели по центрам фотографирования рекомендуется использовать контрольные точки. Контрольными точками могут быть пункты ГГС, попавшие в границы съемки, четкие контура с известными координатами, как определенные до выполнения АФС, так и после. Оценка точности выполняется путем сравнения координат X, Y,Z,полученных по модели с известными координатами.

3.2 Создание полетного задания

Процесс расчета параметров аэрофотосъемки площадных и линейных элементов в технологии GeosCan полностью автоматизирован и производится с помощью программного обеспечения НСУ GeoScan Planner, которая входит в комплект поставки АФК.

ПО наземной станции управления GeoScan Planner позволяет подгружать карту с открытых источников в Интернет. При планировании маршрутов учитывается модель рельефа.

При многократном облете одного объекта возможна загрузка ортофотоплана и цифровой модели местности, построенных по данным предыдущих полетов. Это позволяет точно планировать полет.

Исходными данными для расчета служат:

- граница площадного объекта или местоположение линейного объекта;

-разрешение - разрешение фотосъемки, см/пиксель;

-продольное перекрытие - расчетное продольное перекрытие снимков, %;

-поперечное перекрытие - расчетное поперечное перекрытие снимков, %.

Расчетные данные:

- целевое превышение - высота полета, в метрах;

- шаг - интервал между линиями облета полигона, в метрах;

- продольный шаг - интервал между ближайшими точками фотографирования на линии заданного пути, в метрах;

Дополнительные данные:

- оптимизация - выбор типа оптимизации;

- качество - НСУ рассчитывает маршрут таким образом, чтобы получить наилучшее качество аэрофотоснимков при стандартных условиях;

-направление - направление линий облета задается оператором.

Разрешение, целевое превышение и шаг являются зависимыми величинами. Изменение любой из них приведет к пересчету остальных.

Оператором задается точка взлета/посадки, а также планируется маршрут захода на посадку. Маршрут должен учитывать рельеф местности, высотные объекты.

Процесс АФС производится полностью в автоматическом режиме и в соответствии с параметрами полетного задания. Взлет БПЛА осуществляется с механической катапульты. Последующие этапы - набор высоты, полет, посадка, производятся в автоматическом режиме в соответствии с полетным заданием БПЛА.

Фотограмметрическая обработка материалов аэрофотосъемки выполняется в ПО Фотоскан Про по данным телеметрии и поученным снимкам. ПО автоматически создает высокоточную 3D-модель местности, и на ее основе генерирует ортофотоплан территории и матрицу высот.

Для геодезической привязки модели используются координаты:

- наземных точек ПВО;

-центров фотографирования.

Процесс обработки фотографий полностью автоматизирован и не требует предварительной калибровки камер или ручной маркировки фотографий.

Экспорт ортофотоплана и матрицы высот осуществляется в наиболее распространенные форматы для дальнейшего использования специальных программ с целью создания цифровых топографических карт и планов, а также в САПР и ГИС.

В технологии предусмотрен контроль качества на разных этапах производства работ:

- во время выполнения аэрофотосъемки;

- контроль качества полученных цифровых снимков;

- контроль качества ортофотоплана и ЦММ;

- анализ точности полученных цифровых данных.

Контроль качества во время выполнения АФС производится с помощью станции управления. Отслеживается качество выполнения полетного задания, отсутствие пропусков, контроль продольного и поперечного перекрытий. После выполнения полета в режиме плеера возможна его реконструкция по данным из журнала, а также последующего анализа полета и полученных во время него данных.

Качество полученных цифровых снимков оценивается оператором визуально. В случае выявления снимков ненадлежащего качества, выясняется его причина и принимается решение о повторной АФС проблемного участка.

Качество ортофотоплана и ЦММ проверяется после визуально после экспорта из ПО Фотоскан Про. Изображение должно быть четким, выровненным по цвету и тонам, без пропусков и разрывов.

Точность получения пространственных координат X, Y, Z объектов местности по полученным цифровым материалам должна удовлетворять требованиям п.п. 1.6 - 1.8 ГКИНП (ГНТА)-02-036-02.

Точность цифровой информации должна быть не ниже точности, предъявляемой к графическим оригиналам. Средние погрешности цифрового ортофотоплана в положении на карте предметов и контуров местности с четкими очертаниями относительно ближайших точек планового съемочного обоснования, выраженные в масштабе создаваемой карты, не должны превышать:

- 0,5 мм - при создании карт равнинных, всхолмленных и пустынных районов с преобладающими уклонами местности до 60;

- 0,7 мм - при создании карт и планов горных и высокогорных районов.

При создании планов капитальной и многоэтажной застройки предельные погрешности во взаимном положении точек близлежащих важных контуров не должны превышать 0,4 мм.

Аэрофотосъемочные комплексы Геоскан описаны в главе 3 данной работы.

GNSS-приемники применяются для геодезической привязки - масштабирования и позиционирования модели в заданной системе координат. Для этой цели могут применяться одно- и двухчастнотные приемники с GPSи GPS/ГЛОНАСС опцией разных производителей. Наиболее распространенными являются приемники таких компаний как LeicaGeosystems, Trimble, Javad, Topcon и др.

В качестве бортового GNSS-приемника может быть использован один из вышеперечисленных. Его марка указана в паспорта АФК. Для определения точных координат центров фотографирования необходимо совместное уравнивание данных с бортового приемника и GNSS-приемника установленного на базовой станции.

4. Обработка и анализ результатов ГНСС-измерений при навигации БПЛА

4.1 Описание программы Justin

Justin - программа для постобработки спутниковых измерений Javad GNSS.

Основное назначение программы Justin состоит в обеспечении задач классической геодезии, топографических и аэросъемочных работ, мониторинга деформаций, обработке траекторий, в том числе, быстродвижущихся объектов с частотой записи данных до 100 Гц.

Отличительной особенностью Justin является ГИС интерфейс, напоминающий такие известные геоинформационные системы, как MapInfo или ArcGIS. Именно благодаря этому интерфейсу можно легко и быстро самостоятельно освоить программу и начать обрабатывать данные ГНСС [6].

1. Окно программы

Основное окно открывается после запуска программы. Его элементами являются главное меню и панели проекта, карты, инструментов и статуса:

Рисунок 6 - Главное окно

2. Создание проекта

Для создания проекта необходимо выполнить следующие действия:

- Нажать на ленте инструментов символ нового проекта или выбрать пункты меню «Проект»-Новый

- В окне «Свойства проекта» ввести имя проекта и указать полный путь к файлу проекта ( рисунок 7).

- В закладке «Координатные системы» можно установить координатную систему программного интерфейса проекта, а в закладке «Время»задать систему времени. Поля «Исполнитель и Организация» не обязательны для заполнения.

Рисунок 7 - Свойства проекта

3. Импорт файлов в проект

Для импорта в проект файлов требуется выполнить:

- Нажать на кнопку «Импорт» на панели инструментов или выбрать пункты меню «Проект» - Импорт файлов:



Рисунок 8 - Импорт

- Для импорта файлов ГНСС измерений (файл с расширением *.jps) в окне «Импорт файлов» следует выбрать тип Receiver logfiles, в окне выбора выделить импортируемые файлы.

4. Обработка измерений

Обработка (постобработка) ГНСС данных заключается в вычислении приращений координат. Используя приведенную выше терминологию программы Justin можно определить постобработку как получение Решения для Вектора. Напомним, что Вектор - это линейный объект, соединяющий пару Пунктов. Количество Векторов для каждой такой пары не ограничено и зависит от числа ассоциированных с Пунктами Выборок, имеющих общее время наблюдений. Режим постобработки - статический или кинематический, определяется по типу Выборки. Тип Выборки можно переопределить вручную.

Пакетная обработка.

Непрерывная последовательная (пакетная) обработка Векторов запускается в дереве объекта вектор панели проекта или в окне карты с помощью инструмента выбор в рамке (рисунок 9-10).



Рисунок 9 - Групповой выбор векторов на карте

Рисунок 10 - Групповой выбор векторов на карте

Для запуска постобработки в окне карты необходимо:

- активизировать кнопку на панели инструментов;

- выделить прямоугольный участок на карте, охватывающий, полностью или частично, векторы, подлежащие обработке;

- вызвать, по правой кнопке мыши, меню пакетной обработки;

- в пункте Вектор выбрать Обработать все.

По завершении обработки автоматически открывается окно текстового файла ProcessLog.txt, в котором приводится следующая информация: дата и время начала и завершения обработки, коэффициент контраста, число использованных измерений, процент отбраковки. Пример отчета представлен на рисунке 11.



Рисунок 11 - Отчет ProcessLog.txt

5. Уравнивание

Уравнивание пространственной геодезической сети основано на решении системы линейных уравнений по методу наименьших квадратов (МНК). Уравнивание выполняется параметрическим способом, при котором каждому результату измерений соответствует одно уравнение поправок.

Так как уравниваются Решения, полученные в результате постобработки Векторов, то измеренными величинами является компоненты Решения, а независимыми параметрами - координаты пунктов геодезической сети.

Уравнивание выполняет две основные задачи:

- оценка точности и анализ результатов постобработки.

- вычисление координат пунктов в заданной системе координат.

Уравнивание сети

Для выполнения уравнительных вычислений следует переключиться на закладку Уравнивание в панели проекта. Так как уравниваются Решения, то необходимым этапом, предваряющим уравнивание, является постобработка. Одним из результатов уравнивания являются координаты Узлов сети, число которых может быть меньше или равно количеству пунктов сети, что зависит от конфигурации сети, привязки пунктов к опорным точкам и количества отбракованных Решений.



Рисунок 12 - Закладка уравнивание

Узлами закладки Уравнивание являются:

- Сеть - уравнивание решений статических векторов;

- Стоп - уравнивание координат съемочных точек.

- Кинематика - уравнивание решений кинематических измерений.

- Позиции - постобработка, выполняемая одновременно с уравниванием.

Рисунок 13 - Привязка сети к опорным пунктам

Чтобы получить доступ к операциям узла Сеть, следует выделить курсором его и нажать правую кнопку мыши. В открывшемся окне отобразятся следующие пункты меню:



Рисунок 14 - Опции объекта Сеть

-Уравнять - запуск уравнивания сети. Результат ранее выполненного уравнивания удаляется автоматически;

- Настройки уравнивания - открывает окно настроек режимов, типов и допусков уравнивания;

- Удалить - удаляет все результаты уравнительных вычислений;

- Отчет - создает стандартные отчеты [4].

4.2 Обработка ГНСС-измерений в ПО Justin

Описание исходных данных

Полевые работы были проведены на СНТ «Угольщик», Октябрьский район г.Новосибирск, снимок территории представлен на рисунке 15.

Полевые работы включали в себя ГНСС-измерения на базовых станциях, закладку и ГНСС-измерения опознаков, АФС территории.

Спутниковый снимок полигона на рисунке 15.

Полевая базовая станция находится севернее СНТ «Угольщик», ее расположение на карте Google Maps на рисунке 16.

Аэрофотосъемка территории выполнялась с помощью аэрофотосъемочного комплекса GeoScan. Для оценки точности ортофотопланов и ЦМР использовались опознаки, закрепленные на местности до выполнения АФС. Общее количество опознаков - 9. Измерения на опознаках и базовой станции выполнялись с помощью ГНСС-приемника JavadTriumph 2. Продолжительность сеансов в режиме Статика на базовой станции - 3ч., на опознаках - в среднем 20 мин.

Координаты центров фотографирования снимков определялись с помощью бортового OEM модуля в режиме кинематики.

Рисунок 15 - Расположение полигона на карте

Рисунок 16 - Полевая базовая станция

Исходные данные:

- файлы измерений и навигационное сообщение пунктов ISKT, NSKW в Rinex-формате;

- файл измерений на базовой станции base.jps;

- файл измерений бортового приемника в формате *jps;

- файлы измерений на опознаках;

Постобработка и уравнивание спутниковых измерений в ПО Justin.

Целью обработки спутниковых измерений является оценка точности выполненных ГНСС - измерений. Последовательность работы:

1. Получение координат базовой станции от пунктов ISKT, NSKW.

Порядок работы:

- Создание проекта и импорт данных: Rinex-файлы измерений ISKT, NSKW и файл измерений Javad полевой базовой станции base.jps;

- Обработка базовых линий (рисунок 17);

- Вычисление координат полевой базовой станции относительным методом от пункта NSKW.

Отчет по выполненной обработке базовых линий на рисунке 18. Схема сети на рисунке 19. Настройки вычисления координат базовой станции на рисунке 20. Полученные координаты полевой базовой станции на рисунках 21 и 22.

Рисунок 17 - Обработка базовых линий

Рисунок 18 - Отчет по обработке БЛ



Рисунок 19 - Схема сети

Рисунок 20 - Вычисление координат БС

Рисунок 21 - Координаты БС в эллипсоидальной СК



Рисунок 22 - Координаты БС в прямоугольной СК

Отчет об определении координат полевой базовой станции в приложении А. Полученные координаты с оценкой точности в приложении Б.

2. Координатная привязка опознаков в СК WGS-84.

Порядок работы :

- создание проекта и импорт файлов измерений БС, а также Rinex-файлы измерений 9 опознаков;

- обработка ГНСС данных.

Отчет по обработке на рисунках 23 и 24. Результаты привязки опознаков и координаты пунктов в эллипсоидальной и прямоугольной системе координат в приложении В и Г. Схема сети на рисунке 25.



Рисунок 23 - Обработка БЛ

Рисунок 24 - Отчет ProcessLog.txt - Привязка опознаков

Рисунок 25 - Схема размещения опознаков

Отчет о привязке опознаков к базовой станции в приложении В.

3. Обработка залета БПЛА.

Исходный файл - Файл измерений бортового приемника формата *jps.

Импорт Javad файла измерений на рисунке 26. Схема сети на рисунке 27.



Рисунок 26 - Импорт файла измерений бортового приемника

Рисунок 27 - Схема залета БПЛА

Отчеты об обработке файла Javad ГНСС-измерений в режиме кинематики в приложениях Г и Д.

Анализ результатов .

В результате выполненных работ в ПО Justin, были получены:

- координаты полевой базовой станции;

- координаты опознаков;

- координаты центров фотографирования.

Координаты получены в системе координат WGS-84: пространственной прямоугольной и эллипсоидальной.

В полученных отчетах содержатся такие сведения, как дата создания проекта, тип использованной антенны, высота антенны, режим измерений, координаты пунктов, время UTC, RMS, PDOP, количество наблюдаемых спутников.

Средняя квадратическая ошибка определения координат полевой базовой станции составила 0,0048 м.

Для оценки точности ортофотопланов и ЦМР использовались опознаки, закрепленные на местности до выполнения АФС. Общее количество точек составило 9. Координаты точек определялись геодезическим приемником JAVAD TRIUMPH 2 в режиме быстрой статики, продолжительности сеанса 20 мин. Средняя ошибка определения координат опознаков в плане составила 0,0028 м.

Паспортная точность приемника Javad Triumph 2 в плане составляет - 3мм+0,5ppmD, по высоте - 3,5мм+0,4 ppmD. Длина базиса между пунктом NSKW и полевой БС вычисляется по формуле

(1)

D= 8676,844 м, тогда допустимая погрешность съемки будет равна 7,3 мм.

СКО определения координат полевой базовой станции равна 4,8 мм, а точность привязки опознаков 2,8 мм. Полученная точность координат удовлетворяет паспортной точности приемника.

Было получено 33187 снимков на средних высотах: 120 м, 300 м, 400 м. Координаты центров фотографирования (ЦФ) снимков определялись с помощью бортового EOM модуля в режиме кинематики. Средняя ошибка определения координат центров фотографирования в плане составила 0,007 м, по высоте -- 0,011 м.

Полученная точность координат центров фотографирования находится в допуске, поскольку EOM модули имеют сантиметровую точность.

Заключение

В данной курсовой работе мною было выполнена обработка ГНСС-измерений при навигации БПЛА, а также анализ полученных результатов.

Для достижения указанной цели перед работой был поставлен ряд задач: информационный поиск о навигации БПЛА и соответствующих требований для ГНСС-измерений; изучение ПО Justin; определение координат полевой базовой станции, а также привязка опознаков; обработка залета БПЛА и получение координат центров фотографирования; анализ полученных результатов.

Цели и задачи курсовой работы были достигнуты, из анализа результатов видно, что обработка залета БПЛА и полученные координаты БС, опознаков и центров фотографирования адекватны.

Присутствие сигналов ГНСС является в настоящее время необходимым условием выполнения беспилотными летательными аппаратами поставленных задач, поэтому корректная обработка и оценка точности выполненных измерений напрямую влияет на точность создания планов и карт.

Литература

1. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. -М.: ЦНИИГАиК, 2002. -48 с.

2. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 ГКИНП-02-033-82.

3. Руководство по эксплуатации аэрофотосъемочного комплекса «Геоскан 101». -СПб.: 2013.

4. Руководство по использованию ПО Justin. - Javad GNSS.:2014.

5. Бровко Е.А., Ефимов С.А., Семенов А.Е., Маслянко В.Я. Опыт сертификации тохноогии создания ортофотопланов и ЦМР с помощью АФК на основе БПЛА // Геопрофи. - 2017. - №1. - С. 5-12.

6. Джавад А., Разумовский А.И., Лапопорт Л.Б., Удинцев В.Г. Justin - программа для постобработки спутниковых измерений Javad GNSS // Геопрофи. - 2011. - №3. - С. 30-33.

7. Продукты Геоскан // Geoscan [Электронный ресурс] - режим доступа https://www.geoscan.aero/ru/

8. Использование БПЛА в целях картографического мониторинга [Электронный ресурс] - режим доступа: http://www.myshared.ru/slide/430644.

9. Зинченко О.Н. Беспилотные летательные аппараты: применение в целях аэрофотосъемки для картографирования.

10. Иноземцев Д.П. Беспилотные летательные аппараты: теория и практика.

Приложение А

Отчет « определение координат полевой базовой станции»

Рисунок 28

Приложение Б

Таблица 7 - Координаты полевой базовой станции

	Значение	СКО, м
X, м	447073,1135	0,0047
Y, м	3638498,8015	0,0048
Z, м	5202047,9205	0,0048
L, 0	55000'31,68747”	0,0047
L, 0	82059'42,03761”	0,0048
H, м	125,023	0,0048

Приложение В

Отчет « привязка опознаков к базовой станции»

Рисунок 29

Таблица 8 - СКО привязки опознаков

Z1	0,0016, м
Z2	0,0022, м
Z3	0,0036, м
Z4	0,0035, м
Z5	0,0041, м
Z6	0,0034, м
Z7	0,0027, м
Z8	0,0023, м
Z9	0,0018, м

Приложение Г

Отчет «обработка залета АФК» (X,Y,Z)

Рисунок 30

Приложение Д

Отчет «обработка залета АФК» (B,L,H)

Рисунок 31

Размещено на Allbest.ru

...